CN108043224A - 一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，包括带有氨喷射口的氨喷射管束和静态快速混合单元；所述带有氨喷射口的氨喷射管束包括氨喷射管，所述氨喷射管通入脱硝烟道，并在所述脱硝烟道内连通若干氨喷射口，氨经所述氨喷射口喷出，所述氨喷射口的朝向与所述脱硝烟道内烟气流向相同；还设有静态快速混合单元，每个氨喷射口单独配设有静态快速混合单元；所述静态快速混合单元与所述氨喷射口相对设置，所述静态快速混合单元包括引流件和基体阻流部，所述基体阻流部与所述引流件相配合引导从氨喷射口喷出的氨进行卷吸扩散。本发明提供了一种结构合理、加工方便、装置积灰少、所需的喷射混合空间小、有利于氨氮快速混合的适用于烟气脱硝系统的快速均匀混合的高效喷氨装置。

Description

一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置

技术领域

本发明属于烟气脱硝系统技术领域，具体涉及一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置

背景技术

随着我国火电厂NOx排放限值的日趋严格，具有脱硝效率高、技术可靠、结构简单且无二次污染的选择性催化还原(SCR)技术已成为燃煤电站锅炉控制NOx排放的主要选择。在SCR烟气脱硝系统中，首层催化剂上游截面处氨氮比的分布情况是决定脱硝效率髙低的重要因素。而喷氨装置和混合器则是影响氨氮比和流场分布是否均匀的关键设备。

目前国内外已经开发并应用于工程实际的喷氨装置，大致可分为三大类：第一类是为配合静态混合器使用的喷氨技术，喷嘴个数和静态混合器的单元数一致，根据静态混合器需要沿烟道截面布置几个到几十个喷嘴，依靠静态混合器自身结构产生涡流，实现烟气与氨气的卷吸混合；第二类是线性控制式喷氨格栅，沿着烟道的两个相互垂直的方向或者其中一个方向分别引若干根管子，每根管子上又设置若干个喷嘴，每个管子的流量可以单独调节，以匹配烟气中的含量；第三类是分区控制式喷射格栅，这种布置方式把烟道截面分成若干大小相同的区域，每个区域有若干喷射孔，每个分区的流量单独可调，以匹配烟气中的分布。

国电集团95％以上的燃煤机组喷氨系统采用的是上述第一类喷氨装置中的一种涡流式静态混合喷射技术，该技术利用涡流板产生驻涡，使氨气在驻涡区自由混合后与烟气混合，实现氨气与烟气的充分混合。但是由于涡流板的背面产生涡流区，表面积灰严重，驻涡区域后移，严重影响氨气的自由扩散和混合效果，导致催化剂入口截面上氨气浓度分布的均匀性远偏离设计值。后两种喷氨装置虽然可以使得NH₃与烟气混合相对比较均匀，但结构复杂，耗材大，所需的喷射混合空间较大。然而，目前采用的SCR系统多数是在原有燃煤机组上进行改造，布置较为紧凑，无法提供足够的喷射混合空间，使得首层催化剂上游截面处氨氮比均匀分布性较差，进而降低脱硝效率。若在烟道外单独布置混合器，电厂改造成本则会大大提高。

随着我国对燃煤电厂NOx排放控制标准的越来越严格，喷氨装置的合理性直接影响着烟气脱硝系统的运行可靠性，开发结构简单、成本低、积灰少、所需的喷射混合空间小的快速混合喷氨装置已刻不容缓。

授权公告号为CN102389727B的专利文件公开了“一种SCR脱硝四角切圆式氨气-烟气均混装置”，其包括喷氨格栅和多组旋转对称布置的导流板组成的静态混合器，通过在单组静态混合器区域内形成四角切圆扰流，实现氨气和烟气的混合。但该装置对导流静态混合器安装精度要求较高，相邻静态混合器距离过大或过小都会影响四角切圆流动的扰流效果，进而影响氨氮混合程度。

授权公告号为CN201586480U的专利文件中公开了“燃煤烟气SCR脱硝技术装备的喷氨混合装置”，其包括氨喷射管、布置在烟道壁面上的纵向涡发生元件，通过在纵向涡发生元件与烟道壁面间形成的纵向涡强化扰流，实现氨气和烟气的混合。但该装置只能实现烟道壁面附近的强效混合，对于烟道尺寸较大的场合，烟道中心脱硝效率难以保证。

专利号为CN106268294A的专利文件中公开了“一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置”，其包括氨喷射管和由翼片和基体平板组成的静态混合单元，翼片按一定冲角布置，通过烟气流经翼片时产生的纵向涡强化混合。但该装置需设置分隔板将烟道分为横截面积均匀的若干控制区域，以避免涡流卷吸时横向速度的影响，安装工程量大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足、减少工程投入和运行成本，提供一种结构合理、加工方便、装置积灰少、所需的喷射混合空间小、有利于氨氮快速混合的适用于烟气脱硝系统的快速均匀混合的高效喷氨装置。

为解决上述技术问题，本发明的一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，包括带有氨喷射口的氨喷射管束和静态快速混合单元；

所述带有氨喷射口的氨喷射管束包括氨喷射管，所述氨喷射管通入脱硝烟道，并在所述脱硝烟道内连通若干氨喷射口，氨经所述氨喷射口喷出，所述氨喷射口的朝向与所述脱硝烟道内烟气流向相同；

还设有静态快速混合单元，每个氨喷射口单独配设有静态快速混合单元；所述静态快速混合单元与所述氨喷射口相对设置，所述静态快速混合单元包括引流件和基体阻流部，所述基体阻流部与所述引流件相配合引导从氨喷射口喷出的氨进行卷吸扩散。

作为优选方案，还设有导向连接板，所述导向连接板固定在所述氨喷射管上，并支撑所述静态快速混合单元设立在所述氨喷射口相对端。

作为优选方案，所述氨喷射管包括若干连通的氨喷射主管，连接在所述氨喷射主管上的若干氨喷射支管；

或，所述氨喷射主管配设流量控制阀；

或，所述氨喷射主管径向顺列或错列分布若干氨喷射支管，所述氨喷射支管顶端连接氨喷射口；

或，所述氨喷射支管设置在所述氨喷射主管的两侧；

或，所述氨喷射主管垂直于脱硝烟道内烟气流向，平行且均匀设有若干根，并贯穿设置在整个脱硝烟道；

或，所述氨喷射支管垂直于脱硝烟道内烟气流向，平行且均匀设有若干根，分布设置在整个脱硝烟道内；

或，所述氨喷射支管一端为直管段与氨喷射主管相连并垂直于脱硝烟道内烟气流向，另一端为弯折成90°的圆角弯头，圆角弯头末端设置氨喷射口并与脱硝烟道内烟气流向一致。

作为优选方案，在氨喷射主管的轴向方向上相邻的氨喷射口中心距为100～650毫米，在氨喷射主管的径向方向上相邻的氨喷射口的中心距为120～800毫米；

或，所述相邻的氨喷射主管的中心距为300～1000毫米。

作为优选方案，所述氨喷射口的直径为5～100毫米，所述氨喷射口的高度为喷口直径的2～5倍；

或，所述氨喷射口的出口的氨射流速度为3～20米/秒。

作为优选方案，所述静态快速混合单元的中心线与所述氨喷射口中心线一致；

或，所述静态快速混合单元与所述氨喷射口的间距为50～300毫米；

或，所述引流件中心点位于所述氨喷射口的喷射方向的正前方。

作为优选方案，引流件设置在所述基体阻流件朝向氨喷射口方向的顶端；

或，所述引流件选用半球形，所述引流件的半球形的中心点位于所述氨喷射口的正前方；

或，所述引流件的半球形的直径为相对的所述氨喷射口直径的1～3倍。

作为优选方案，所述基体阻流件底面面积的总和为烟道总面积的40～70％；

或，所述基体阻流件选用圆台形、或四棱台、或五棱台、或六棱台，所述基体阻流件的侧面与底面的夹角为30°～70°。

作为优选方案，所述静态快速混合单元选用钢板卷制而成，为空心结构；

或，所述导向连接板两端分别焊接在所述氨喷射管和所述静态快速混合单元上。

本发明的有益效果为：

一，每根喷射主管和喷射主管上连接喷射支管，每根喷射支管与氨喷射口配合，构成一个独立的喷氨区域，烟道区域被平均分割成多个喷氨区域和混合区域，利于氨气与脱硝烟气的均匀和快速混合；

二，每一氨喷射口单独配设静态快速混合单元，静态快速混合单元的引流件与基体阻流件的设计，引流件与氨喷射口的位置设计，静态快速混合单元与所述氨喷射口的位置设计，使得氨气从氨喷射口喷入脱硝烟道，在较短的距离内流经半球形引流件，并沿基体阻流件侧面呈放射状向外扩散，扩散的同时与脱硝烟气初步混合；混合烟气流经相邻基体阻流件底部狭缝时，压力的突然升降使得混合烟气的流体在基体阻流件底部边缘脱落，卷吸主流烟气，形成对称的反向回流漩涡；基体阻流件按一定的角度布置，对称的反向漩涡在基体阻流件底部中心再次相遇卷吸混合，氨气从氨喷射口中喷入烟道之后，在基体阻流件附近与烟气中的氮氧化物经过多次卷吸混合，增强了混合效果；在较短的距离内通过静态混合单元引流扩散，在基体阻流件底部形成涡流，强化扰动混合，大大缩短了喷射混合空间，在较短的空间内即可实现氨气与烟气的快速均匀混合；根据实际工程需要，通过结构优化调整可以实现氨气喷出1-3m内即可使氨氮摩尔比相对标准偏差控制在5％以下；

三，本发明静态快速混合单元采用6～10mm的钢板卷制而成，其背面为空心结构，为涡流的充分发展留有足够空间，因此在基体阻流件的背面不会产生因存在涡流区而导致的积灰严重问题。

四，本发明氨喷射口与烟道气流采用顺流布置，有效杜绝了喷嘴堵灰情况的发生；

五，结构简单，静态快速混合单元与氨喷射管束一体化焊接而成，布置紧凑；

六，安装方便，可结合烟道内撑杆等安装固定，无需对烟道进行过多的改造，有利于降低成本。

附图说明

图1为实施例1的局部结构示意图1；

图2为实施例1的局部结构示意图2

图3为实施例1中所述基体阻流件为圆台形且氨喷射口错列布置时的结构示意图。

图4为实施例1中所述基体阻流件为四棱台且氨喷射口错列布置时的结构示意图。

图5为实施例1中所述基体阻流件为五棱台且氨喷射口错列布置时的结构示意图。

图6为实施例1中所述基体阻流件为六棱台且氨喷射口错列布置时的结构示意图。

具体实施方式

下面通过应用实例，并结合附图，对本发明作进一步详细描述：

实施例1

如图1至图6所示，本发明的一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，包括带有氨喷射口3的氨喷射管束和静态快速混合单元。

所述带有氨喷射口3的氨喷射管束包括氨喷射管，所述氨喷射管通入脱硝烟道，并在所述脱硝烟道内连通氨喷射口3，氨经所述氨喷射口3喷出，所述氨喷射口3的朝向与所述脱硝烟道内烟气流向相同；

所述氨喷射管包括连通的氨喷射主管1，连接在所述氨喷射主管1上的多根氨喷射支管2；

所述氨喷射主管1径向顺列或错列分布多根氨喷射支管2，所述氨喷射支管2一端为直管段21与氨喷射主管1相连并垂直于脱硝烟道内烟气流向，另一端为弯折成90°的圆角弯头22，圆角弯头22末端设置氨喷射口3并与脱硝烟道内烟气流向一致，所述氨喷射支管2顺列设置在所述氨喷射主管1的两侧。

所述氨喷射主管1垂直于脱硝烟道内烟气流向，平行且均匀设有多根，并贯穿设置在整个脱硝烟道；

所述氨喷射支管2垂直于脱硝烟道内烟气流向，平行且均匀设有多根，分布设置在整个脱硝烟道内。

所述喷氨主管和喷氨主管上连接的喷氨支管，每个所述喷氨支管与所述氨喷射口构成一个独立的喷氨区域，烟道截面被一系列的喷氨区域平均分割成多个混合区，利于喷氨的均匀、快速混合。

每根喷射主管上分别安装流量调节阀，用于氨喷射量的精确调节与分配。

还设有静态快速混合单元，每个氨喷射口3单独配设有静态快速混合单元；所述静态快速混合单元设置在所述氨喷射口3喷射方向的相对端，所述静态快速混合单元包括引流件5和基体阻流部6，所述基体阻流部6与所述引流件5相配合引导从氨喷射口3喷出的氨进行卷吸扩散。

还设有导向连接板4，所述导向连接板4固定在所述氨喷射管上，并支撑所述静态快速混合单元设立在所述氨喷射口3相对端。所述导向连接板4两端分别焊接在所述氨喷射管和所述静态快速混合单元上。

在氨喷射主管的轴向方向上相邻的氨喷射口中心距为100～650毫米，在氨喷射主管的径向方向上相邻的氨喷射口的中心距为120～800毫米；且所述相邻的氨喷射主管的中心距为300～1000毫米。

所述氨喷射口的直径为5～100毫米，所述氨喷射口的高度为喷口直径的2～5倍，所述氨喷射口3的高度系指氨物体在喷出喷射口3之前在氨喷射口3行经的管程。

所述氨喷射口的出口的氨射流速度为3～20米/秒。

所述静态快速混合单元的中心线与所述氨喷射口中心线一致；

所述静态快速混合单元与所述氨喷射口的间距为50～300毫米；

所述引流件中心点位于所述氨喷射口3的喷射方向的正前方。

引流件5设置在所述基体阻流件6朝向氨喷射口方向的顶端；

所述引流件5选用半球形，所述引流件的半球形的中心点位于所述氨喷射口的正前方；

所述引流件5的半球形的直径为相对的所述氨喷射口直径的1～3倍。

所述基体阻流件6底面面积的总和为烟道总面积的40～70％；

如此设计，氨喷射口3喷出的氨气在较短的距离内到达静态快速混合单元顶部的半球形引流件5，由于半球形引流件5的直径是氨喷射口直径的1～3倍，可以将氨气气流很好的扩散开来而不会产生回流。

所述基体阻流件选用圆台形、或四棱台、或五棱台、或六棱台，所述基体阻流件6的侧面与底面的夹角为30°～70°，使得喷射氨气气流沿基体阻流件6的侧表面以更大的扩散角扩散到烟气中，并在基体阻流件6底部空间形成涡流卷吸烟气。

所述静态快速混合单元选用钢板卷制而成，为空心结构，为喷射氨气形成的涡流预留了充分发展的空间，不会使得基体阻流件6的背面产生因涡流而导致的积灰等问题。

本发明提供了一种适用于烟气脱硝系统的快速均匀混合喷氨装置，该装置设置于脱硝烟道内。所述快速均匀混合喷氨装置，包括带有氨喷射口的氨喷射管束、导向连接板和由静态快速混合单元。其中，氨喷射管束由氨喷射主管、带有氨喷射口的氨喷射支管组成；氨喷射主管互相连通，且垂直于烟气流向；氨喷射支管布置于喷射主管两侧；氨喷射口喷射方向与烟气流向一致。静态快速混合单元由顶部半球形引流件、基体阻流件组成。每个氨喷射口对应一个静态快速混合单元，静态快速混合单元顶部半球形引流件中心点位于氨喷射口的正下方，静态快速混合单元中心线与氨喷射口中心线一致。

本实施例所提供的快速均匀混合喷氨装置中，氨喷射主管为平行均匀排布的多根且与氨喷射支管相垂直，均匀布置在脱硝烟道中并垂直于烟气方向。氨喷射支管为平行均匀排布的多根，顺列布置于喷射主管两侧，氨喷射口喷射方向与烟气流向一致。静态快速混合单元由顶部半球形引流件5、基体阻流件6组成。每个氨喷射口3对应一个静态快速混合单元，静态快速混合单元顶部半球形引流件中心点位于氨喷射口3的正下方，静态快速混合单元中心线与氨喷射口中心线一致。静态快速混合单元通过导向连接板设于氨喷射口前方50-300mm处；静态快速混合单元基体阻流件的底面面积为烟道总面积的40-70％；基体阻流件侧面与底面夹角为30-70°；基体阻流件形状可以为圆台形、四棱台、五棱台、六棱台等。静态快速混合单元通过导向连接板焊接在氨喷射主管上。

为了进一步说明脱硝还原剂氨的喷入和混合方面具有明显的应用优势，本实施例中，喷射主管为2根，单层布置，相邻喷射主管的中心距为400mm。每根喷射主管上左右两侧共连接有8个氨喷射口，在喷射主管轴向方向上相邻氨喷射口的中心距为350mm，在喷射主管径向方向上相邻氨喷射口的中心距为400mm，氨喷射口的直径为20mm，喷口高度为喷口直径的3倍，氨喷射口出口氨射流速度为8m/s。静态快速混合单元由顶部半球形引流件5、基体阻流件6组成，并通过导向连接板焊接在氨喷射主管上。导向连接板采用304不锈钢材质，为8mm厚的薄钢板，连接板两端分别焊接在喷射主管和基体阻流件侧表面上。静态快速混合单元通过导向连接板设于氨喷射口前方150mm处。顶部半球形引流件直径为氨喷射口直径的2倍，静态快速混合单元基体阻流件的底面面积为烟道总面积的60％，基体阻流件侧面与底面夹角为45°，基体阻流件形状为圆台形。上述装置下游1m处的氨氮摩尔比相对标准偏差34.10％。使用传统涡流式静态混合喷氨装置下游1米处的还原剂浓度分布情况作为对比，其中除混合单元更换为传统涡流式静态混合单元以外，其他条件不变，装置下游1米处氨氮摩尔比相对标准偏差为81.09％。由此可见，采用本发明所述快速混合喷氨装置与采用传统涡流式静态混合喷氨装置相比，氨氮摩尔比可以提高约50％。

本实施例装置安装在脱硝系统上游烟道中，还原剂从氨喷射口喷出，在较短的距离内通过静态混合单元引流扩散，在基体阻流件底部形成涡流，强化扰动混合，提高还原剂与氮氧化物的混合均匀度。该装置结构简单紧凑，还原剂与氮氧化物经过多次卷吸混合，扰动强烈，在较短的空间内即可实现还原剂与氮氧化物的快速均匀混合。根据实际工程需要，通过结构优化调整可以实现氨气喷出1～3m内即可使氨氮摩尔比相对标准偏差控制在5％以下。

本发明氨喷射口与烟道气流采用顺流布置，有效杜绝了喷嘴堵灰情况的发生；结构简单，静态快速混合单元与氨喷射管束一体化焊接而成，布置紧凑，安装和检修时可实现内部构件的整体安装与拆卸；安装方便，现场安装不需要设置复杂的支撑体系，各结构件均通过烟道内另设的简易钢架支撑、固定，无需对烟道进行过多的改造，有利于降低成本。

作为替换方案，如图3所示，所述氨喷射主管1径向错列分布若干氨喷射支管2，所述氨喷射支管顶端连接氨喷射口3，所述基体阻流件为圆台形；

如图4所示，所述氨喷射主管1径向错列分布若干氨喷射支管2，所述氨喷射支管顶端连接氨喷射口3，所述基体阻流件为四棱台；

如图5所示，所述氨喷射主管1径向错列分布若干氨喷射支管2，所述氨喷射支管顶端连接氨喷射口3，所述基体阻流件为五棱台；

如图6所示，所述氨喷射主管1径向错列分布若干氨喷射支管2，所述氨喷射支管顶端连接氨喷射口3，所述基体阻流件为六棱台。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：包括带有氨喷射口的氨喷射管束和静态快速混合单元；

所述带有氨喷射口的氨喷射管束包括氨喷射管，所述氨喷射管通入脱硝烟道，并在所述脱硝烟道内连通若干氨喷射口，氨经所述氨喷射口喷出，所述氨喷射口的朝向与所述脱硝烟道内烟气流向相同；

还设有静态快速混合单元，每个氨喷射口单独配设有静态快速混合单元；所述静态快速混合单元与所述氨喷射口相对设置，所述静态快速混合单元包括引流件和基体阻流部，所述基体阻流部与所述引流件相配合引导从氨喷射口喷出的氨进行卷吸扩散。

2.如权利要求1所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：还设有导向连接板，所述导向连接板固定在所述氨喷射管上，并支撑所述静态快速混合单元设立在所述氨喷射口相对端。

3.如权利要求1或2所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：所述氨喷射管包括若干连通的氨喷射主管，连接在所述氨喷射主管上的若干氨喷射支管；

或，所述氨喷射主管配设流量控制阀；

或，所述氨喷射主管径向顺列或错列分布若干氨喷射支管，所述氨喷射支管顶端连接氨喷射口；

或，所述氨喷射支管设置在所述氨喷射主管的两侧；

或，所述氨喷射主管垂直于脱硝烟道内烟气流向，平行且均匀设有若干根，并贯穿设置在整个脱硝烟道；

或，所述氨喷射支管垂直于脱硝烟道内烟气流向，平行且均匀设有若干根，分布设置在整个脱硝烟道内；

或，所述氨喷射支管一端为直管段与氨喷射主管相连并垂直于脱硝烟道内烟气流向，另一端为弯折成90°的圆角弯头，圆角弯头末端设置氨喷射口并与脱硝烟道内烟气流向一致。

4.如权利要求3所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：在氨喷射主管的轴向方向上相邻的氨喷射口中心距为100～650毫米，在氨喷射主管的径向方向上相邻的氨喷射口的中心距为120～800毫米；

或，所述相邻的氨喷射主管的中心距为300～1000毫米。

5.如权利要求1、2、4任一权利要求所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：所述氨喷射口的直径为5～100毫米，所述氨喷射口的高度为喷口直径的2～5倍；

或，所述氨喷射口的出口的氨射流速度为3～20米/秒。

6.如权利要求1、2、4任一权利要求所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：所述静态快速混合单元的中心线与所述氨喷射口中心线一致；

或，所述静态快速混合单元与所述氨喷射口的间距为50～300毫米；

或，所述引流件中心点位于所述氨喷射口的喷射方向的正前方。

7.如权利要求1、2、4任一权利要求所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：引流件设置在所述基体阻流件朝向氨喷射口方向的顶端；

或，所述引流件选用半球形，所述引流件的半球形的中心点位于所述氨喷射口的正前方；

或，所述引流件的半球形的直径为相对的所述氨喷射口直径的1～3倍。

8.如权利要求7所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：所述基体阻流件底面面积的总和为烟道总面积的40～70％；

或，所述基体阻流件选用圆台形、或四棱台、或五棱台、或六棱台，所述基体阻流件的侧面与底面的夹角为30°～70°。

9.如权利要求1、2、4、7、8所述的用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置，其特征在于：所述静态快速混合单元选用钢板卷制而成，为空心结构；

或，所述导向连接板两端分别焊接在所述氨喷射管和所述静态快速混合单元上。